Atlas de histología vegetal y animal

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La célula. 1. Introducción.

ORIGEN de la CÉLULA

El problema del origen de la vida es el problema del origen de la célula. No se sabe cómo apareció la primera célula en la Tierra, pero se acepta que su origen fue un fenómeno físico-químico. Puesto que es un proceso físico-químico surgen dos posibilidades interesantes. a) Crear vida. Se podría "fabricar" una célula en el laboratorio (biología sintética). b) Vida extraterrestre. Existe la posibilidad de que en otro lugar del Universo se hayan dado las condiciones necesarias, similares a las que se dieron en la Tierra, para la aparición de la vida (astrobiología).

1. ¿Qué es un ser vivo?

Escribir una definición de ser vivo es muy complicado y, en vez de eso, se proponen una serie de propiedades para considerarlo como vivo. Sin embargo, no existe consenso sobre cuántas y cuáles son esas propiedades, aunque se suelen incluir:
a) Reproducción o transmisión de información codificada por el ácido desoxirribonucleico o ADN.
b) Mantenimiento de la homeostasis interna gracias a su capacidad para obtener energía externa (metabolismo).
c) Tener capacidad para producir respuestas a estímulos externos o internos.
d) Evolución condicionada por la interacción con el medio externo, capacidad para la adaptación (evolución darwiniana).
e) Etcétera.

2. ¿Dónde aparecieron las primeras células?

Se supone que la vida, es decir, la primera célula, apareció sobre la superficie de la Tierra, gracias a las condiciones que había en aquella época. Sin embargo, la teoría de la panespermia (literalmente, semillas en todas partes) postula un origen extraterrestre de la vida, o de las semillas de la vida, y que posteriormente llegaron a la Tierra. De cualquier manera, todo el proceso del origen de las primeras células sería un proceso físico-químico.

3. ¿Cuándo aparecieron las primeras células?

La Tierra se formó hace unos 4.500 millones de años. Los indicios fósiles sugieren que los primeros seres orgánicos que dejaron huellas aparecieron entre 3500 y 3800 millones de años atrás (Figura 1). Esto implica que el proceso físico-químico de formación de estos primeros organismos debió empezar antes de esos primeros 1000-1200 millones de años, en una etapa denominada prebiótica.

Reloj temporal
Figura 1. Secuencia temporal aproximada de la aparición de la vida en la Tierra y algunos de los organismos que emergieron después.

4. ¿Cómo aparecieron las primeras células?

1. Formación de moléculas orgánicas. Las células están formadas por moléculas orgánicas, además del agua e iones. Miller y Urey realizaron un experimento en el laboratorio con el que demostraron que moléculas orgánicas complejas se pueden formar a partir de otras más sencillas mediante reacciones físico-químicas (Figura 2). Hoy se tiende a situar la síntesis prebiótica de moléculas orgánicas en los alrededores de las fumarolas, donde se darían condiciones propicias. Aunque parte de las moléculas orgánicas pudieron llegar a la Tierra en meteoritos y cometas.

Experimento Miller-Urey
Figura 2. Esquema del sistema ideado por Miller-Urey en el que se demuestra que se pueden sintetizar moléculas orgánicas complejas a partir de otras más simples, cuando estas últimas se someten a condiciones supuestamente similares a las de la Tierra primigenia. Años 50 del siglo XX.

2. Formación de polímeros. Las cadenas de aminoácidos forman las proteínas y los polinucleótidos forman el ADN y el ARN. Todos son polímeros. Habría varias posibilidades para crear estos polímeros: calor sobre compuestos secos, catálisis por superficies minerales, y en las fumarolas. El proceso de formación de polímeros orgánicos se produce hoy en día en las fumarolas.

3. Membrana celular. Uno de los principales eventos en el origen de las células fue el desarrollo de una envuelta que aislara un medio interno de otro externo. Esto tiene muchas ventajas: a) permite tener cerca a todos los componentes necesarios para las reacciones metabólicas y éstas son más eficientes; b) se evita que variantes ventajosas de moléculas orgánicas sean aprovechadas por grupos competidores; c) se gana una cierta independencia respecto a las alteraciones del medio externo favoreciendo la homeostasis interna. Las membranas de los organismos vivos poseen moléculas anfipáticas similares: glicerofosfolípidos y esfingolípidos. Las membranas lipídicas son fáciles de producir a partir de moléculas de ácidos grasos anfipáticos, los cuales se organizan en soluciones acuosas formando películas finas que se cierran sobre sí mismas formando un compartimento aislado.

Mundo ARN
Mundo ARN

4. Autorreplicación. Permite producir moléculas similares o idénticas de forma repetida. Con ello se consigue la propiedad de la transmisión de la información, una de las propiedades de la vida. Dentro de cada vesícula membranosa se crearían réplicas moleculares más o menos exactas al original. Al dividirse la vesícula membranosa que las contiene producirían nuevos sistemas similares al primero (ver más abajo). La teoría del mundo ARN propone que fueron moléculas de ARN las primeras en adquirir la capacidad de replicación. El ARN tiene actividad enzimática y podría autorreplicarse por complementariedad de bases (Figura 3). La teoría del mundo metabólico propone que fue un conjunto de moléculas conectadas por reacciones químicas quien consiguió crear copias de sí mismo.

ARN de transferencia
Figura 3. Éste es un esquema tridimensional de un ARN de transferencia existente en las células actuales. La secuencia de ribonucleótidos hace que se establezcan uniones por complementariedad de bases (trazos verdes). Esto le provoca una disposición tridimensional.
Celularidad
Formación de la célula.

5. Interacciones entre moléculas diferentes. Independientemente de la molécula o moléculas con capacidad de autorreplicación, se iría ganando complejidad molecular mediante asociaciones e incorporaciones de más moléculas. Esto podría haber ocurrido hace 3,5 a 4 mil millones de años.

6. Código genético y ADN. En algún momento la información del sistema pasó a estar en el ADN, y el ARN aprendió a trasladar y traducir una secuencia de nucleótidos en una secuencia de aminoácidos. El ADN tiene una serie de ventajas sobre el ARN: al ser el ADN una doble hélice es más estable, es más fácil de replicar y permite reparaciones más eficientes. Estas protocélulas evolucionaron hasta convertirse en LUCA (en inglés: Last universal common ancestor), el antepasado común de todas las células actuales.

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